高溫高壓蒸汽工況下自控閥常見(jiàn)問(wèn)題分析及

滑板閥在蒸汽工況下成功運(yùn)用案例

?

在電力、石油、化工等行業(yè)的高溫蒸汽系統(tǒng)中，高溫蒸汽自控閥是用于調(diào)節(jié)壓力、流量、切斷流體、改變流向的執(zhí)行器，高溫蒸汽調(diào)節(jié)與控制一直是自動(dòng)控制實(shí)際執(zhí)行中的難點(diǎn)，尤其在高溫和超 高溫條件下的切斷難度更大。這點(diǎn)在材料因高溫膨脹而產(chǎn)生卡阻和內(nèi)漏上有明顯體現(xiàn)。因此，高溫和超 高溫的控制始終是國(guó)內(nèi)外研究工作長(zhǎng)期的工作重 點(diǎn)。在工業(yè)流體調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，閥是必不可少的重要設(shè)備，是自動(dòng)控制系統(tǒng)中重要的開(kāi)關(guān)控制元件。

就目前國(guó)內(nèi)來(lái)說(shuō)，高溫高壓蒸汽自控閥通常采用平衡籠式套筒閥或者采用多級(jí)降壓的閥門(mén)結(jié)構(gòu)。雖然平衡籠式套筒閥和多級(jí)降壓的閥門(mén)能夠解決高壓差下閥門(mén)調(diào)節(jié)穩(wěn)定性差的問(wèn)題，但是也往往存在以下難以解決的問(wèn)題。

?

1、內(nèi)漏和閥門(mén)啟閉卡阻問(wèn)題

因高溫蒸汽工況下使用的閥門(mén)工作溫度高，高達(dá)250℃以上，更高的可達(dá)500℃，已經(jīng)達(dá)到或超過(guò)材料的耐溫上限值。閥內(nèi)件材料在高溫下產(chǎn)生不均勻/不對(duì)稱(chēng)變形，造成閥門(mén)關(guān)閉不嚴(yán)（內(nèi)漏）或影響閥門(mén)正常動(dòng)作（卡阻）的情況。如下圖一所示，為典型的平衡籠式套筒閥的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

分析內(nèi)漏其內(nèi)漏的原因，主要是平衡籠式套筒閥或多級(jí)降壓閥采用的線密封結(jié)構(gòu)，閥芯與閥座在執(zhí)行器輸出力的作用下使材料產(chǎn)生彈性變形，形成一條寬度僅有20～30絲左右的密封線，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)閥門(mén)密封。當(dāng)閥座或閥芯在高溫下產(chǎn)生不均勻/不對(duì)稱(chēng)變形時(shí)，閥座與閥芯的接觸線可能在幾何結(jié)構(gòu)尺寸上產(chǎn)生偏離，造成密封線貼合不嚴(yán)，最 終導(dǎo)致閥門(mén)泄漏。

閥門(mén)啟閉卡阻的原因主要是因?yàn)殚y芯與套筒在高溫下，材料產(chǎn)生不均勻、不對(duì)稱(chēng)、膨脹量不一致或則閥芯與套筒的結(jié)構(gòu)預(yù)留間隙過(guò)小等，使閥芯與套筒產(chǎn)生機(jī)械硬接觸，套筒柱體內(nèi)表面或閥芯柱體外表面損傷，進(jìn)而阻礙閥芯動(dòng)作的情況。

?

圖一

?

2、閥門(mén)高頻尖叫、震動(dòng)問(wèn)題

如下圖二所示，為我公司采用SolidWorks Flow Simulation流體仿真模擬軟件，模擬介質(zhì)在平衡籠式套筒閥內(nèi)部的壓力分布情況。從圖中可知，閥芯左側(cè)的壓力遠(yuǎn)高于閥芯右側(cè)的壓力。換句話說(shuō)，就是閥芯受到了介質(zhì)流向（管道內(nèi)的介質(zhì)流向）方向上的不平衡壓差力。在閥門(mén)工作時(shí)，因介質(zhì)的湍流擾動(dòng)，會(huì)使這個(gè)不平衡壓差力產(chǎn)生周期性的波動(dòng)。當(dāng)這個(gè)不平衡壓差力大于閥桿所能承受的力矩時(shí)，閥芯會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，當(dāng)平衡壓差力小于閥桿所能承受的力矩時(shí)，閥芯回復(fù)。當(dāng)壓差力波動(dòng)較大時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生閥芯與套筒的結(jié)構(gòu)撞擊，最 終產(chǎn)生高頻的尖叫和振動(dòng)。

?

圖二

?

3、閥芯旋轉(zhuǎn)，閥桿斷裂的問(wèn)題

? ? 如下圖三所示，為我公司采用SolidWorks Flow Simulation流體仿真模擬軟件，模擬介質(zhì)在平衡籠式套筒閥內(nèi)部的介質(zhì)流動(dòng)狀態(tài)。

從分析結(jié)果可知，因平衡籠式套筒閥采用S型流道，介質(zhì)流過(guò)節(jié)流斷面時(shí)，在閥芯處產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的渦流，又因閥芯左側(cè)和右側(cè)的介質(zhì)流速不一致，造成介質(zhì)在閥芯內(nèi)腔內(nèi)產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)流，進(jìn)而帶動(dòng)閥芯旋轉(zhuǎn)。當(dāng)閥芯旋轉(zhuǎn)力矩超過(guò)閥桿能夠承受的扭力強(qiáng)度時(shí)，閥芯就會(huì)斷裂。

?

?

4、閥門(mén)調(diào)節(jié)穩(wěn)定性差的問(wèn)題

造成調(diào)節(jié)穩(wěn)定性差的原因，主要是因閥門(mén)出現(xiàn)卡阻、閥芯振動(dòng)、旋轉(zhuǎn)等問(wèn)題疊加而成。閥門(mén)卡阻增 大了閥門(mén)啟閉力，造成閥門(mén)小信號(hào)不動(dòng)作，大信號(hào)動(dòng)作過(guò)頭的情況。閥芯振動(dòng)造成節(jié)流面積波動(dòng)，流量不穩(wěn)定，造成閥位震蕩。

?

一、滑板閥在高溫高壓蒸汽上的成功運(yùn)用案例

如下圖四所示，為我公司生產(chǎn)的高壓、高溫蒸汽滑板閥，安裝在某公司電廠車(chē)間的高溫蒸汽管道上。成功地解決了閥門(mén)卡阻、內(nèi)漏和調(diào)節(jié)不穩(wěn)定的問(wèn)題。此閥因操作壓力高、溫度高的特點(diǎn)，某公司以前采購(gòu)了國(guó)外知名品牌，采用套筒閥結(jié)構(gòu)。該閥自投料生產(chǎn)以來(lái)，故障不斷，多次發(fā)生卡阻，閥門(mén)內(nèi)漏、調(diào)節(jié)不穩(wěn)定等事故，經(jīng)過(guò)多次維修仍未能從根上解決問(wèn)題。此工況，自2017年采用我公司生產(chǎn)的滑板閥以后一直運(yùn)行平穩(wěn)且調(diào)節(jié)性能穩(wěn)定。

?

圖四

?

二、閥門(mén)工作參數(shù)如下：

? ? ? ?公稱(chēng)口徑：5”

? ? ? ?公稱(chēng)壓力：600LB

? ? ? ?工作溫度：450℃

? ? ? ?閥前壓力：4.1MPa

?

三、滑板閥成功解決高溫高壓蒸汽工況技術(shù)難題，歸功于其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：

①直通流通設(shè)計(jì)，介質(zhì)不會(huì)產(chǎn)生渦流，介質(zhì)流向與閥板運(yùn)動(dòng)方向垂直，閥板與閥座在介質(zhì)壓力下牢牢貼合，不僅消除了閥板旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)因素，同時(shí)也消除閥門(mén)產(chǎn)生震蕩的結(jié)構(gòu)因素。如圖五所示。

?

圖五

?

②浮動(dòng)式閥板設(shè)計(jì)，采用面密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，閥板、閥座在介質(zhì)壓力作用下，始終向一個(gè)方向均勻變形，消除了材料高溫下不均勻/不對(duì)稱(chēng)變形的結(jié)構(gòu)影響。

③閥板與閥座在啟閉過(guò)程中，始終貼合，節(jié)流孔面積只能通過(guò)執(zhí)行器輸出力改變，閥位穩(wěn)定，閥門(mén)調(diào)節(jié)性能好。

?

部分圖文轉(zhuǎn)載自網(wǎng)絡(luò)，版權(quán)歸原作者所有，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系我們刪除。如內(nèi)容中如涉及加盟，投資請(qǐng)注意風(fēng)險(xiǎn)，并謹(jǐn)慎決策